Seo, Ji-Hye;Jang, Si Won;Jeon, Young-Joo;Eun, So Young;Hong, Yean Ju;Do, Jeong Tae;Chae, Jung-il;Choi, Hyun Woo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.32
no.10
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pp.1245-1252
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2022
Induced pluripotent stem cells (iPSCs) can be generated from somatic cells using Oct4, Sox2, Klf4, and c-Myc (OSKM). Small molecules can enhance reprogramming. Licochalcone D (LCD), a flavonoid compound present mainly in the roots of Glycyrrhiza inflata, acts on known signaling pathways involved in transcriptional activity and signal transduction, including the PGC1-α and MAPK families. In this study, we demonstrated that LCD improved reprogramming efficiency. LCD-treated iPSCs (LCD-iPSCs) expressed pluripotency-related genes Oct4, Sox2, Nanog, and Prdm14. Moreover, LCD-iPSCs differentiated into all three germ layers in vitro and formed chimeras. The mesenchymal-to-epithelial transition (MET) is critical for somatic cell reprogramming. We found that the expression levels of mesenchymal genes (Snail2 and Twist) decreased and those of epithelial genes (DSP, Cldn3, Crb3, and Ocln) dramatically increased in OR-MEF (OG2+/+/ROSA26+/+) cells treated with LCD for 3 days, indicating that MET effectively occurred in LCD-treated OR-MEF cells. Thus, LCD enhanced the generation of iPSCs from somatic cells by promoting MET at the early stages of reprogramming.
Embryonic stem cells have been a popular research topic in regenerative medicine owing to their pluripotency and applicability. However, due to the difficulty in harvesting them and their low yield efficiency, advanced cell reprogramming technology has been introduced as an alternative. Dental stem cells have entered the spotlight due to their regenerative potential and their ability to be obtained from biological waste generated after dental treatment. Cell reprogramming, a process of reverting mature somatic cells into stem cells, and transdifferentiation, a direct conversion between different cell types without induction of a pluripotent state, have helped overcome the shortcomings of stem cells and raised interest in their regenerative potential. Furthermore, the potential of these cells to return to their original cell types due to their epigenetic memory has reinforced the need to control the epigenetic background for successful management of cellular differentiation. Herein, we discuss all available sources of dental stem cells, the procedures used to obtain these cells, and their ability to differentiate into the desired cells. We also introduce the concepts of cell reprogramming and transdifferentiation in terms of genetics and epigenetics, including DNA methylation, histone modification, and non-coding RNA. Finally, we discuss a novel therapeutic avenue for using dental-derived cells as stem cells, and explain cell reprogramming and transdifferentiation, which are used in regenerative medicine and tissue engineering.
Induced pluripotent stem cells (iPSCs) show great promise for replacing current stem cell therapies in the field of regenerative medicine. However, the original method for cellular reprogramming, involving four exogenous transcription factors, is characterized by low efficiency. Here, we focused on using epigenetic modifications to enhance the reprogramming efficiency. We hypothesized that there would be a new reprogramming factor involved in DNA demethylation, acting on the promoters of pluripotency-related genes. We screened proteins that bind to the methylated promoter of Oct4 and identified Zinc finger protein 127 (Zfp127), the functions of which have not yet been identified. We found that Zfp127 binds to the Oct4 promoter. Overexpression of Zfp127 in fibroblasts induced demethylation of the Oct4 promoter, thus enhancing Oct4 promoter activity and gene expression. These results demonstrate that Zfp127 is a novel regulator of Oct4, and may become a potent target to improve cellular reprogramming.
GTP cyclohydrolase I (E.C. 3.5.4.16) is a homodecameric protein that catalyzes the conversion of GTP to 7,8-dihydroneopterin triphosphate (H2NTP), the initial step in the biosynthesis of pteridines. It was proposed that the enzyme complex could be composed of a dimer of two pentamers, or a pentamer of tightly associated dimers; then the active site of the enzyme was located at the interface of three monomers (Nar et al. 1995a, b). Using mutant enzymes that were made by site-directed mutagenesis, we showed that a decamer of GTP cyclohydrolase I should be composed of a pentamer of five dimers, and that the active site is located between dimers, as analyzed by a series of size exclusion chromatography and the reconstitution experiment. We also show that the residues Lys 136, Arg139, and Glu152 are of particular importance for the oligomerization of the enzyme complex from five dimers to a decamer.
Transfection is a gene delivery tool that is a popular means of manipulating cellular properties, such as induced pluripotent stem cell (iPSC) generation by reprogramming factors (Yamanaka factors). However, the efficiency of transfection needs to be improved. In the present study, three transfection protocols - non-liposomal transfection (NLT), magnetofection and electroporation - were compared by analysis of their transfection efficiencies and cell viabilities using human dental pulp cells (hDPC) and bovine fetal fibroblasts (bFF) as cell sources. Enhanced green fluorescent protein gene was used as the delivery indicator. For magnetofection, Polymag reagent was administrated. NLT, FuGENE-HD and X-treme GENE 9 DNA transfection reagents were used for NLT. For electroporation, the $Neon^{TM}$ and $NEPA21^{TM}$ electroporators were tested. $Neon^{TM}$ electroporation showed highest transfection efficiency when compared with NLT, magnetofection, and $NEPA21^{TM}$ electroporation, with transfection efficiency of about 33% in hDPC and 50% in bFF, based on viable cell population in each cell type. These results suggest that transfection by $Neon^{TM}$ electroporation can be used to deliver foreign genes efficiently in human and bovine somatic cells.
Animal clones derived from somatic cells have been successfully produced in a variety of mammalian species such as sheep, cattle, mice, goats, pigs, cat and rabbits. However, there are still many unsolved problems in the present cloning technology. Somatic cell nuclear transfer has shown several developmental aberrancies including high rate of abortion in early gestation and increased perinatal death. These developmental failures of cloned embryos may arise from abnormal reprogramming of donor genome and/or incomplete cloning procedure. We have found that overall genomic methylation status of cloned bovine embryos is quite different from that of normal embryos in various genomic regions, suggesting that the developmental failures of cloned embryos may be due to incomplete reprogramming of donor genomic DNA. Many of the advances in understanding the molecular events for reprogramming of donor genome will more clarify the developmental defects of cloned embryos.
Park, Jaehyun;Moon, Jeonghyeon;Min, Sol;Chae, Stephan;Roh, Sangho
Journal of Embryo Transfer
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v.33
no.4
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pp.237-243
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2018
Hedgehog (Hh) pathway plays a key role in development from invertebrate to vertebrate. It is known to be involved in cell differentiation, polarity, proliferation, including the development of vertebrate limb and the establishment of flies' body plan. To investigate how the regulation of Hh pathway affects the development of parthenogenetic murine embryos, the parthenogenetically activated murine embryos were treated with either cyclopamine (Cyc), an antagonist of Hh pathway, or purmorphamine, an agonist of Hh pathway. While Cyc did not affect the blastocyst formation and its total cell number, the chemical reduced the hatching rate of embryos and the expression levels of Fn1 mRNA. The results of the present study show the possibility that Cyc may affect the development of embryos at blastocyst stage by blocking Hh pathway and this may cause detrimental effect to the embryos at peri-, and post-implantation stages.
Cancer stem cells (CSCs) are a subpopulation of cancer that can self-renew and differentiate into large tumor masses. Evidence accumulated to date shows that CSCs affect tumor proliferation, recurrence, and resistance to chemotherapy. Recent studies have shown that, like stem cells, CSCs maintain cells with self-renewal capacity by means of asymmetric division and promote cell proliferation by means of symmetric division. This cell division is regulated by fate determinants, such as the NUMB protein, which recently has also been confirmed as a tumor suppressor. Loss of NUMB expression leads to uncontrolled proliferation and amplification of the CSC pool, which promotes the Notch signaling pathway and reduces the expression of the p53 protein. NUMB genes are alternatively spliced to produce six functionally distinct isoforms. An interesting recent discovery is that the protein NUMB isoform produced by alternative splicing of NUMB plays an important role in promoting carcinogenesis. In this review, we summarize the known functions of NUMB and NUMB isoforms related to the proliferation and generation of CSCs.
Gary Stanley Fernandes;Rishabh Deo Singh;Debojyoti De;Kyeong Kyu Kim
International Journal of Stem Cells
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v.16
no.2
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pp.156-167
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2023
Background and Objectives: Cellular reprogramming in regenerative medicine holds great promise for treating patients with neurological disorders. In this regard, small molecule-mediated cellular conversion has attracted special attention because of its ease of reproducibility, applicability, and fewer safety concerns. However, currently available protocols for the direct conversion of somatic cells to neurons are limited in clinical application due of their complex nature, lengthy process, and low conversion efficiency. Methods and Results: Here, we report a new protocol involving chemical-based direct conversion of human fibroblasts (HF) to matured neuron-like cells with a short duration and high conversion efficiency using temporal and strategic dual epigenetic regulation. In this protocol, epigenetic modulation by inhibition of histone deacetylase and bromodomain enabled to overcome "recalcitrant" nature of adult fibroblasts and shorten the duration of neuronal reprogramming. We further observed that an extended epigenetic regulation is necessary to maintain the induced neuronal program to generate a homogenous population of neuron-like cells. Conclusions: Therefore, our study provides a new protocol to produce neurons-like cells and highlights the need of proper epigenetic resetting to establish and maintain neuronal program in HF.
Cells that have endogenous multipotent properties can be used as a starting source for the generation of induced pluripotent cells (iPSC). In addition, small molecules associated with epigenetic reprogramming are also widely used to enhance the multi- or pluripotency of such cells. Skinderived precursor cells (SKPs) are multipotent, sphereforming and embryonic neural crest-related precursor cells. These cells can be isolated from a juvenile or adult mammalian dermis. SKPs are also an efficient starting cell source for reprogramming and the generation of iPSCs because of the high expression levels of Sox2 and Klf4 in these cells as well as their endogenous multipotency. In this study, valproic acid (VPA), a histone deacetylase (HDAC) inhibitor, was tested in the generation of iPSCs as a potential enhancer of the reprogramming potential of SKPs. SKPs were isolated from the back skins of 5-6 week old C57BL/6 X DBA/2 F1 mice. After passage 3, the SKPs was treated with 2 mM of VPA and the quantitative real time RT-PCR was performed to quantify the expression of Oct4 and Klf4 (pluripotency specific genes), and Snai2 and Ngfr (neural crest specific genes). The results show that Oct4 and Klf4 expression was decreased by VPA treatment. However, there were no significant changes in neural crest specific gene expression following VPA treatment. Hence, although VPA is one of the most potent of the HDAC inhibitors, it does not enhance the reprogramming of multipotent skin precursor cells in mice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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